Tillbaka                                                                     tomaslindblad.se

Hur smart är en  fluga?

Hur ser världen ut för en fluga? Vet den vad den håller på med, funderar den på vart den ska flyga eller var den ska slå sig ner för att äta?

Kanske.

Insekternas hjärnor är mer avancerade än vad man tidigare har trott. De är inga automater som bara reagerar på enkla signaler. Modern forskning visar att insekter har förstadierna till det vi kallar medvetande och att de kan lära sig saker.

Insekternas liv är kanske rikare än vad vi har förstått.

Något att tänka på nästa gång du höjer flugsmällan.

Hur ser man vad en bananfluga tänker? På Neurosciences Institute i San Diego, Kalifornien, har man stoppat in en mikroskopisk elektrod i hjärnan på en fluga, och nervimpulserna från den minimala hjärnan registreras på en datorskärm.

Flugan hänger i luften i en tråd och då och då kan den se lysande gröna figurer blinka till på en display.

En lodrät linje som rullar förbi fångar flugans intresse, och den försöker flyga mot den. På datorskärmen visar sig flugans nervaktivitet som ett sågtandsmönster av vågor, och när den lysande linjen dyker upp på flugans display växer vågorna i storlek. När den försvunnit ur sikte minskar vågorna igen.

Det låter kanske inte så sensationellt. För trots allt så borde varje stimulans utlösa någon form av nervaktivitet hos de enklaste livsformer. Men det här experimentet visar hur flugan kan växla fokus, göra en bedömning av hur spännande den tycker att lysande figurerna är, och samtidigt strunta i andra inkommande signaler.

Flugan visar prov på det som hjärnforskarna kallar attention – uppmärksamhet.

Dessutom har forskarna i San Diego upptäckt att de hjärnvågor som signalerar uppmärksamhet, och som ligger i frekvensområdet mellan 20 och 30 Hertz, påminner mycket om de vågor som uppstår i mänskliga hjärnor när vi bestämmer oss för att fästa vår uppmärksamhet på något viktigt som händer i omgivningen.

Uppmärksamhet är något vardagligt som vi ständigt använder.

Men för hjärnforskarna är det ett viktigt och svårförklarligt fenomen. Vi blir hela tiden bombarderade med sinnesintryck, ljud, ljus, dofter och beröringar, men varje sekund klarar vi av att sortera ut dem som vi vill bry oss om. När vi läser kan vi filtrera bort trafikbullret i bakgrunden, till exempel. Vi tar bara in ett fragment av alla impulser som ständigt når oss. Och vi kan växla fokus för uppmärksamheten varje ögonblick utan minsta problem. Hur går det till?

Det är den frågan man försöker svara på genom att studera hjärnorna hos flugor och andra insekter. För det visar sig mer och mer att vi inte behöver vara så fundamentalt olika som vi har trott tidigare.

Forskarna i San Diego kan få sina flugor att bli mer intresserade av sina abstrakta figurer om de samtidigt puffar ut fruktdofter som flugorna gillar, eller om de ökar värmen, vilket de inte gillar.

I bägge fallen ökar uppmärksamheten, alltså både för det som är positivt och negativt.

Det handlar följaktligen inte enbart om något så enkelspårigt som att till exempel hitta mat, utan om att hålla koll på viktiga objekt i omgivningen, både de som är farliga eller obehagliga och de som kan vara nyttiga för överlevnaden. Precis som vi gör när vi kör bil i en okänd stad, eller går på stadsgata sent på kvällen.

Man ska kanske inte dra parallellerna mellan flugor och människor för långt, men de finns där.

Ett annat exempel är de hjärnvågor mellan 20 och 30 Hertz som signalerar förhöjd uppmärksamhet. Bananflugorna i San Diego har tre elektroder i sina små hjärnor. Signalerna från de tre punkterna fladdrar i otakt med varandra och ser ut att vara helt utan samband. Men när den lodräta linjen dyker upp i flugans synfält så börjar de plötsligt att dansa i takt, med samma frekvens.

Samma sak händer i hjärnan hos både möss och människor när uppmärksamheten fokuseras. Fenomenet kallas synkronism, samtidighet, och är ett slags definition på vad uppmärksamhet egentligen är. All aktivitet i hjärnan tar hand om ett intryck, allt ljus riktas mot en punkt på scenen.

Samtidigt kan man också säga att det är en bild av vad själva medvetandet kan vara. Ingen förväntar sig att hitta medvetandet på en bestämd plats i hjärnan, som ett kontrollcentrum eller ”överjag”. Istället är medvetandet kanske just förmågan att samordna hundratusentals nervceller från skilda centra i hjärnan som börjar svänga med samma frekvens. 

Medvetandets mysterium är en av hjärnforskningens stora olösta gåtor, och frågan är om vi någonsin kommer att förstå hur elektrokemiska signaler från miljontals nervceller blir till en bild av världen som samtidigt fattar beslut om hur vi ska bete oss i den.

Men kanske kan insekterna visa oss hur de första stegen på utvecklingen mot självmedvetande ser ut.

En kackerlacka har ungefär en miljon nervceller i sin hjärna, lika många som ett vanligt bi. En liten bananfluga har bara plats för runt 250 000, medan vi kan skryta med över hundra miljarder celler i hjärnan. Olikheterna är uppenbara.

Insekthjärnan är inriktad på att ta emot information från de stora facettögonen, och många av dem har utvecklade antennlober, för att behandla alla doftintryck som de känsliga antennerna samlar in. Där finns också motsvarigheter till våra centra för reglering av de viktiga signalämnena och hormonerna, de ämnen som styr mycket av insektens handlingar och reaktioner.

Men de kanske mest intressanta organen är de så kallade svampkropparna, två knoppar av nervceller som sitter bakom ögonen på hjärnans ovansida hos de flesta insekter.

Om insekter kan tänka, så är det här de tänker, säger flera insektsforskare.      

Vad man vet är att de svampliknande utskotten är nödvändiga för insekternas inlärning, korttidsminne och för deras förmåga att skilja på dofter. De består av tusentals, tätt packade nervceller. Bland de vanliga laboratorieinsekterna är det kackerlackan och tambiet som har klart störst svampkroppar, överhuvudtaget tycks de vara stora bland de sociala insekterna.

I laboratoriet i San Diego undersöker man bananflugornas hjärnor genom att sätta elektroderna mitt emellan de två utskotten av nervceller.

Men är våra hjärnor på något sätt besläktade med insekternas? Ja, det verkar så.

När ett embryo utvecklas i ett ägg sker det enligt en uråldrig plan som bygger på att vissa gener slås på och av vid rätt tidpunkt. Så skapas grundplanen för en kropp som byggs upp segment för segment. Så bildas till exempel alla fyrlemmade djur – inklusive människan –genom att identiska mastergener kopplas in i samma skeden av utvecklingen hos möss, ödlor och människor.

Men moderna genetiska studier har visat att de här mastergenerna går långt tillbaka i livets utveckling. Samma gener som får bananflugans larv att bilda förstadiet till flugans facettögon styr också bildandet av ögon hos ett musfoster. På något vis har våra ögon alltså ett gemensamt ursprung, trots att vår senaste gemensamma föregångare levde för mer än 500 miljoner år sedan.

Andra organ har uppkommit i ett senare stadium oberoende av varandra, och styrs av olika mastergener hos olika djur. Vingar, till exempel, uppstod på helt olika sätt hos fåglar och insekter och är helt olika organ, fast de används för samma syfte och med samma logik. Hos insekterna är vingarna utväxter på deras utvändiga skelett och kan ha utvecklats från tidiga gälar. Fåglarna är marklevande varelser som tog sig upp i luften genom att låta sina framben bli vingar.

Frågan som många forskare ställer sig är ifall vi och insekterna har ”samma” hjärnor, eller om våra hjärnor, på samma sätt som fåglars och insekters vingar, har utvecklats var för sig för att klara liknande uppgifter.

Svaret på den frågan avgör hur mycket vi kan lära oss om våra egna hjärnor genom att studera kackerlackorna.

Den schweiziske biologen Heinrich Reichert i Basel har visat vilka gener som styr utvecklingen från en enkel ryggsträng av nerver till en färdig hjärna hos bananflugan, och jämfört med vad som händer hos ett musfoster.

Enligt Reichert är det tre uppsättningar av gener som skapar en tredelad struktur i flugans hjärna, och det är samma grupp av gener som skapar hjärnan hos musen.

En mus som saknar en av de här generna får allvarliga konstruktionsfel i hjärnan. Men det mesta av de här felen rättas till om man ersätter den saknade genen med bananflugans version av samma gen.

Det här tyder på ett djupt släktskap mellan hjärnorna hos insekter och ryggradsdjur, inklusive människor. Hur djupt det går forskas det intensivt om över hela världen.

Det är idag också helt klarlagt att insekter sover. En bananfluga behöver sova flera timmar varje natt, och sömnen liknar vår egen. En fluga som inte får sova försöker ta igen sömnen om den kan, och ju längre en fluga får vara ifred, desto svårare är det att väcka upp den igen. De blir pigga av koffein och sömniga av antihistaminer, precis som vi. Men sömnen är liksom medvetandet en olöst gåta. Varför behöver vi sova?

Att det har med hjärnan att göra tycks självklart, och många har satsat en slant på att sömnen, bland annat hjälper oss att skapa och forma minnen. 2006 publicerade ett forskarlag från Philadelphia bevis för att bananflugans sömn styrs av svampkropparna. Det verkar vara den del av hjärnan som behöver sömnen allra mest, och det är samtidigt där som insekten lagrar sina minnen av platser och dofter.

Det här stärker teorin om att vår, och flugornas, sömn har med minnesbildningen att göra.    

Det går att hitta fler mänskliga egenskaper hos flughjärnan. Bananflugor som muterats för att producera för lite av signalämnet dopamin blir sämre på att hålla uppmärksamheten på en normal nivå, de blir lätt distraherade. Men om de flugorna får ett centralstimulerande medel, till exempel amfetamin, så blir de normala. På samma sätt behandlas koncentrationssvårigheter – ADHD – hos människor.

Men en normal fluga som får amfetamin blir, precis som en människa, hyperaktiv och tappar förmågan att hålla en normal nivå på uppmärksamheten. Dopamin fungerar alltså på samma sätt hos flugor och människor.    

Många insekter kan trots allt klara avancerade uppgifter med sina små hjärnor. Det kan bero på att de använder hjärnans neuroner på ett effektivare sätt än vad vi gör. Varje nervcell har långa kontaktledningar över hela insektshjärnan som kan signalera effektivt oberoende av varandra, och skapar en flexiblare informationsbehandling.

Ett bi, till exempel, kan vingla fram över terrängen tills det hittar ett förråd av nektar eller pollen. Därifrån flyger det hem till kupan i en nästan exakt rät linje på upp till flera kilometer, och väl hemma igen kan det kommunicera med sina systrar genom en komplicerad dans för att tala om var maten finns, och vilken mängd och kvalitet den har.

Detta gör arbetsbiet med en hjärna som är hundratusen gånger mindre än vår.    

Bin kan också känna igen symboler, och de förstår skillnaden mellan de abstrakta begreppen ”samma” och ”olika”. Vid universitetet i Toulouse i Frankrike har man tränat bin att hitta mat om de alltid följer samma färg i en labyrint, oavsett vilken färg det är. Andra bin kunde lära sig att det finns mat om man följer vägen där färgen hela tiden varierar. En av forskarna i Toulouse, Martin Giurfa, anser att bina har någon form av intelligens.

Åtminstone i sammanhang som har med deras naturliga liv att göra. Annars kan de vara hur dumma som helst, har han sagt.

På Neurosciences Institute i San Diego försöker man även hitta tänkandets centrum hos kackerlackor.

En kackerlacka tränas att orientera sig i omgivningen, och sedan ser forskarna vad som händer i svampkropparnas nervceller. På det viset hoppas de kunna hitta var orienteringsförmågan sitter.

Forskarna i San Diego har pekat på likheterna i uppbyggnad mellan de svampliknande utskotten som antas vara centrum i insektshjärnan och den del av den mänskliga hjärnan som kallas hippocampus, och som sitter mitt i huvudet, innanför tinningloberna.

Hippocampus används bland annat till att skapa nya minnen och att orientera sig i rummet, och är en av de utvecklingsmässigt allra äldsta delarna av vår hjärna.

Kanske svampkropparna är en annorlunda version av hippocampus, med liknande funktion, men specialdesignad för ett insektsliv.    

Betyder allt det här att insekter kan tänka, och att de är medvetna om vad som händer omkring dem?

Kanske, men i så fall tänker de förmodligen på ett sätt som vi aldrig kan förstå. Men den som tar sig tid att studera insekterna lite mer noggrant upptäcker att de ofta kan mer än vad vi brukar tro dem om.

Den österrikiske etologen Karl von Frisch fick nobelpris 1973 för sina beteendestudier av bin. Det var han som tolkade binas komplicerade danser och förstod att det var ett sätt att kommunicera – något som många hade svårt att ta på allvar i början.

von Frischs skildringar av binas sociala liv är imponerande och nästan skrämmande i sina många detaljer. När den legendariske psykologen Karl Jung läst von Frischs beskrivning av dansen i kupan skrev han att ”…dessa budskap är i princip inte annorlunda är människors kommunikation… ingen skulle kunna bevisa inför en domstol att bin agerar utan medvetande.”

Några länkar:

Neurosciences Institute, San Diego:

www.nsi.edu/

Research Center on Animal Cognition, Toulouse:

http://cognition.ups-tlse.fr/uneEn.html

Heinrich Reichert, Basel:

http://pages.unibas.ch/dib/zoologie/research/neuro.html

Karl von Frischs Nobelföreläsning från 1973:

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1973/frisch-lecture.html

Från Allt om Vetenskap 3 - 2007

mail@tomaslindblad.se                               Hem igen